综述 | 单克隆抗体的耐药机制

前言在过去的20年里，使用单克隆抗体(mAb)的被动免疫治疗已经彻底改变了癌症的治疗，特别是恶性血液病。虽然单克隆抗体的使用改善了预后，但在大多数情况下，耐药性的产生是不可避免的。最近的研究结果确定了耐药性的机制，包括改变抗原表达或结合，受损的补体介导的细胞毒性(CMC)或抗体依赖的细胞毒性(ADCC)，改变的细胞内信号传导效应，以及抑制直接诱导细胞死亡。了解抗单克隆抗体的耐药机制将指导开发克服耐药的策略。单克隆抗体的作用机制及其体外功能验证单克隆抗体的发展历史  1897年,诺贝尔奖得主Paul Ehrlich教授预测结合肿瘤细胞的抗体分子将在肿瘤治疗中发挥重要作用。1975年,Kohler和Milstein首次用淋巴细胞杂交瘤技术制备出均一性的单克隆抗体；利用这种技术制备的单克隆抗体在疾病诊断治疗和科学研究中得到广泛的应用；这种单克隆抗体多是由鼠B细胞与鼠骨髓瘤细胞经细胞融合形成的杂交瘤细胞分泌的,具有鼠源性,进入人体会引起机体的排异反应；完整抗体分子的分子量较大,在体内穿透血管的能力较差；诱导人免疫应答的效果很差,极大地限制了单克隆抗体的临床应用。1990年，抗体基因结构和功能的研究成果与重组DNA技术相结合，产生了基因工程抗体技术。基因工程抗体即将抗体的基因按不同需要进行加工、改造和重新装配,然后导入适当的受体细胞中进行表达的抗体分子。通过基因工程技术的改造抗体,可以降低甚至消除人体对抗体的排斥反应；基因工程改造的抗体片段，分子量较小，更有利于穿透血管壁,发挥免疫效应；在随后的几十年里，不同的形式抗体产生用于治疗疾病。图1 单克隆抗体的研究历史单克隆抗体的结构和功能单克隆抗体主要是IgG，结构分为：Fab, Fc；功能上：Fab能特异性识别抗原，Fc与FcR结合，激活下游活化或者抑制信号；血液中的抗体Fc能与血管内皮细胞FcRn受体结合，内化进入细胞，在病理条件下，释放到血液中，从而维持血液中抗体稳态；抗体结合肿瘤细胞，抗体Fc能结合C1q，活化C1s和C1r，从而形成膜攻击复合体，导致癌细胞凋亡；补体激活过程中产生的C3a，C3b能够趋化和活化天然免疫细胞，增强机体免疫功能。基因工程抗体主要是通过基因工程的方法改变抗体的特异性，亲和性，依赖于Fc的ADCC，ADCP，CDC作用，以及抗体的半衰期，Fab氨基酸序列改变抗体的特异性，亲和性；Fc段氨基酸的糖修饰，改变了Fc的功能，从而改变依赖于Fc的ADCC，ADCP，CDC作用，以及抗体的半衰期。图2 单克隆抗体的结构和功能（来源：Structure and function of monoclonal antibodies – Bing images）单克隆抗体的耐药机制药物动力学：患者中使用相同剂量的rituximab，但rituximab在体内浓度存在显著的个体间可变性。多样性的部分原因可能是种族间的差异，所以了解影响rituximab抗药代动力学的因素是必要的。rituximab抗PK/PD也可能受到抗rituximab抗体发展的影响，从而增加清除率。单克隆抗体是一种大型抗原蛋白，理论上可以诱导免疫反应，导致抗抗体的形成。此外，由于临床使用的大多数抗肿瘤单克隆抗体现在都是人源化的，通过形成抗抗体降低血清抗体水平不太可能在耐药性中发挥作用。靶抗原的改变：为了发挥其作用，单克隆抗体必须首先与靶抗原结合。靶蛋白表达水平的改变或靶蛋白的突变会阻碍结合，从而破坏这一步骤。例如，暴露于rituximab后，由于转录和转录后机制，RRCLs表现出CD20表达下降，主要有以下几种机制：表达FcγR的效应细胞将CD20细胞清除；rituximab与CD20结合后将CD20内化到溶酶体；CD20基因点突变(导致CD20缺少C端区域的截短形式的形成)等。图3 单克隆抗体耐药机制 （来源：Mechanisms of Resistance to Monoclonal Antibodies (mAbs) in Lymphoid Malignancies – Bing images）补体介导的耐药性: 在临床前模型和B-NHL患者中，宿主补体成分可能影响利妥昔单抗活性。在C1q缺乏的小鼠中，rituximab单抗的活性下降，或在眼镜蛇毒液因子治疗后补体减少，这表明补体的重要性。肿瘤细胞表面表达的补体抑制蛋白(CIPs) CD46、CD55和CD59可影响rituximab单抗介导的CMC。C1q基因多态性也可能影响滤泡性淋巴瘤患者的rituximab单抗活性。Fcγ受体多态性介导的抗性：ADCC是rituximab最典型的作用机制之一。一旦rituximab单抗与CD20中的表位结合，效应细胞通过Fc受体(FcR)识别rituximab单抗固定区域(Fc)部分。mAb的Fc片段与周围免疫效应细胞上的FcR结合，触发它们杀死肿瘤细胞。中性粒细胞和NK细胞的减少会损害rituximab单抗的体内活性，这凸显了ADCC对rituximab单抗疗效的重要性。小鼠模型表明，FcγRIII受体的表达对rituximab单抗活性至关重要。FCGR3A和FCGR2A基因的遗传多态性与rituximab单抗在滤泡性淋巴瘤患者中的抗肿瘤活性的变化有关。图4 单克隆抗体与抗细胞凋亡 （来源：Mechanisms of Resistance to Monoclonal Antibodies (mAbs) in Lymphoid Malignancies – Bing images）抗细胞凋亡：rituximab单抗与CD20结合导致多个信号事件，最终通过caspase依赖性和caspase非依赖性机制导致淋巴瘤细胞程序性死亡。在rituximab暴露后，CD20稳定进入细胞膜内的脂筏对触发下游信号转导。CD20也可能在细胞凋亡诱导所必需的钙转运中发挥重要作用。暴露于rituximab后，细胞内钙增加，暴露于钙螯合剂后，细胞凋亡减少总结耐药性可能由独特的患者、疾病和抗体相关因素驱动。了解抗单克隆抗体的耐药机制将指导开发克服耐药和使癌细胞对这些生物制剂重新敏感的策略。参考文献1. Torka, P., Barth, M., Ferdman, R. et al. Mechanisms of Resistance to Monoclonal Antibodies (mAbs) in Lymphoid Malignancies. Curr Hematol Malig Rep 14, 426–438 (2019). https://doi.org/10.1007/s11899-019-00542-82. John G. Elvin, Ruairidh G. Couston, Christopher F. van der Walle,Therapeutic antibodies: Market considerations, disease targets and bioprocessing,International Journal of Pharmaceutics,Volume 440, Issue 1,2013,Pages 83-98,   3. Chan, A., Carter, P. Therapeutic antibodies for autoimmunity and inflammation. Nat Rev Immunol 10, 301–316 (2010). https://doi.org/10.1038/nri2761   4. Church DN, Price CGA. A Review of Trastuzumab-Based Therapy in Patients with HER2-positive Metastatic Breast Cancer. Clinical Medicine Therapeutics. January 2009. doi:10.4137/CMT.S35  
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